关键词： Arm robot motion planning   Genetic algorithm   Jerk   Seventh degree polynomial joint angle path   Torque.  

摘要： This study addresses a point-to-point of an arm robot motion planning in complex geometrical obstacle considering all kinematics and dynamics constraints. A continuous function of a seventh degree polynomial is utilized as a joint angle path. The path planning optimization objective is to minimize a joint angle traveling &stance under avoiding collision constraint. After the best path has been discovered, the trajectories will be optimized with an objective is to minimize the total traveling time and the torque under the maximum velocity, the maximum acceleration, the maximum jerk and the maximum torque constraints. Three Degree of Freedom (3-DOF) planar robot will be utilized to simulate the proposed method. The computational strategy utilizing a Genetic Algorithm (GA) will be presented. There is no information regarding the region of the feasible seventh degree polynomial joint angle path so that the GA should search it first. At the first computation where the population is generated randomly, all individuals commonly collide with obstacles. It needs a requirement to escape from zero fitness. After the feasible individual has been discovered, the GA should evolve this individual to find the best one with the highest fitness value. Results show that the feasible joint angle path which is very smooth in the motion has succeeded to be found. The trajectories are also hscovered successfully without exceeding the constraint values. © 2013 Asian Network for Scientific Information.

关键词： 动力学参数辨识   连接组合体方法   测力与测电流结合方法   动力学参数解耦   参数独立性证明   参数可辨识性分析  

摘要： 机器人技术正在向高速、高精度和智能化方向发展，因此，对机器人的控制精度提出了更高的要求。相比于传统仅基于误差反馈的控制方案，基于模型的控制由于加入了机器人的动力学模型，因而可提高机器人的动态性能及对轨迹的跟踪精度。构造基于模型的控制方案离不开精确的动力学模型，然而实际机器人存在诸多影响动力学的因素，必须对其进行补偿。采用对整体机器人进行动力学参数辨识的方法，既不增加动力学模型的复杂性，又可体现各种动力学影响因素的作用，获取最接近机器人实际动态特性的动力学模型。本文针对典型工业机器人，根据应用场合对精度的不同要求，提出了连接组合体方法及测力与测电流相结合方法两种动力学参数辨识方案，相对于传统辨识方法，前者的优点是可减小计算量及累积误差，进而提高辨识精度，并可用连接组合体的参数辨识值表示关节的最小参数集参数，使辨识结果不受负载变化影响;后者的优点是，可实现机械臂惯性参数与摩擦的解耦，进而可通过实验的方法构建关节摩擦模型，提高惯性参数与摩擦模型各自的辨识精度。 论文首先建立了串联机器人系统的动力学模型，并对该模型进行线性化，进而得到用于动力学参数辨识的线性模型。分析了串联机器人的动力学特点以及影响动力学建模精度的因素，指出了动力学参数辨识在补偿各种影响因素方面的优点，介绍了机器人动力学参数辨识及动力学参数辨识所包含的几个部分的主要内容。 接着，论文从能量方程的角度对机器人参数可辨识性与关节运动的关系进行了分析。通过该方法，无需对机器人进行复杂的符号推导，只需知道机器人的关节配置，就可知道要辨识某个参数所必需给定的机器人关节运动。这一关系对论文后续采用连接组合体方法辨识时，如何进行关节锁定具有指导意义。论文还从能量方程的角度对同一机械臂的参数独立性进行了证明，现存的动力学参数辨识都没有进行这一工作。 论文根据力矩测量手段的不同，将现有辨识方法分为测电流辨识与测力辨识两类，对两种方法各自的原理、特点进行了介绍，并指出两种方法各自的不足，针对这些不足，论文基于辨识成本与所期望的精度两方面的考虑，对两种方法分别进行了改进，提出采用连接组合体方法的测电流参数辨识及测力与测电流相结合的参数辨识方案。详细介绍了两种方案各自的辨识模型、辨识原理、辨识流程及辨识算法，并对两种方案进行了仿真验证，通过与现存方法的结果对比，验证了这两种辨识方案的可行性。

关键词： 三轮移动机器人   模型描述语言   运动学   动力学   矢量动力学   ZMP  

摘要： 机器人是一个复杂的多体机械系统，动力学研究极为繁琐，随着机器人应用在社会生活中的普及，机器人结构日趋复杂多样，面向计算机的机器人多体动力学研究越来越受到国内外学者的关注。三轮移动机器人是一类轮式移动机器人的简化，研究三轮移动机器人的动力学有助于其它一般轮式移动机器人动力学的研究。本文根据一般多体动力学建模软件模型描述语言的思想，建立了描述三轮移动机器人语言数据模型，利用构造的语言数据模型对三轮移动机器人进行运动学、动力学建模。 本文的创新性工作包括： 1、利用MATLAB语言建立了描述三轮移动机器人部分物理参数和逻辑关系参数的结构体数据。利用这种编程技术进行三轮移动机器人正运动学推导，给出了建立轮式移动机器人速度约束方程的一般方法。 2、根据三种动力学方法，拉格朗日方程、牛顿-欧拉法，以及根据质点动力学定理推导出的多刚体矢量动力学方程，对三轮移动机器人进行动力学建模。应用三种动力学方法也实现了动力学符号表达式结果的相互验证。根据一组物理参数对所得动力学结果进行仿真说明。 3、根据拉格朗日方程推导出了三种驱动方式对应的驱动力矩的表达式，得到了三种驱动方式所对应的动力学奇异位型。 4、根据牛顿-欧拉法迭代动力学算法推导出了三轮移动机器人三个车轮受到地面的所有约束反力的符号表达式。 5、根据多刚体矢量动力学方程得到了表达在三轮移动机器人车体坐标系中ZMP表达式，同时也给出了适合车辆这样的小位移系统的矢量动力学方程。

关键词： Computed-Torque Control   Robot Manipulator   Adaptive Control   Fuzzy Compensator  

摘要： To overcome the disadvantages of conventional computed-torque control and fuzzy control, and to exploit their attractive features, this paper proposes two types of adaptive control scheme combining conventional computed-torque control and different fuzzy compensators for the robust tracking control of robotic manipulators with structured and unstructured uncertainties. Fuzzy compensators based on feed-forward and feed-back are developed to compensate these uncertain dynamics. On the basis of Lyapunov stability theory, a tracking error limit is derived for the closed-loop control system and the convergence and stability of the control schemes are proved. Comparisons of their performances with conventional computed-torque controllers under the condition of these uncertainties are carried out. The validity of the two types of adaptive control scheme is shown by numerical simulations of a three-link rotary robot manipulator.

摘要： In this paper a new class library for the computation of the forward multi-body-system (MBS) dynamics of robots and biomechanical models of human motion is presented. By the developed modular modeling approach the library can be flexibly extended by specific modeling elements like joints with specific geometry or different muscle models and thus can be applied efficiently for a number of dynamic simulation and optimization problems. The library not only provides several methods for solving the forward dynamics problem (like articulated body or composite rigid body algorithms) which can transparently be exchanged. Moreover, the numerical solution of optimal control problems, like in the forward dynamics optimization of human motion, is significantly facilitated by the computation of the sensitivity matrix with respect to the control variables. Examples are given to demonstrate the efficiency of the approach. (© 2012 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)

关键词： 八轮腿机器人   动力学   滑模控制   积分增益  

摘要： 为了满足应急救援系统对移动机器人速度和地形适应能力的要求,设计了新型的八轮腿移动机器人。结构方面,机器人通过改变两副轮腿夹角实现姿态调整,并通过抬高轮腿结构实现越障,以此来提高地形通过能力。控制方面,利用劳斯方程建立机器人动力学模型,在利用滑模控制实现机器人轨迹跟踪过程中,为减小稳态误差,滑模控制的切换函数采用了积分形式;为了避免切换增益过大带来的抖振,利用积分增益实现切换增益的自调整。由仿真结果可知,机器人轨迹跟踪误差能以较小的超调和较快的速度趋近零。

关键词： 油罐清洗机器人   旋量理论   动力学方程   仿真  

摘要： 油罐清洗机器人是特种清洗机器人的一种,对清洗机器动态进行动力学分析和建模是分析运动控制稳定性的基础。为保证操作的稳定性和安全性,根据旋量理论的动力学的分析原理,通过虚拟连杆机构转换成等效的固定基单自由度关节的开链系统,利用螺旋和指数积等数学工具建立动力学方程和雅可比矩阵,推导出整个系统的动力特性。应用Lagrange-d、Alemert原理建立系统的动力学模型,最后,通过ADAMS仿真软件,对机器人系统进行仿真,从而为建立控制策略、控制方法、轨迹规划打下坚实的基础。

关键词： 机器人足球竞赛   创新素质   教学改革  

摘要： 本文结合作者工作实践,阐述了机器人足球竞赛对大学生创新素质培养的积极意义和作用,介绍了针对创新教学的教改情况及机器人足球竞赛在本校的应用成果,最终指出在应用性本科院校创新素质培养过程中开展机器人足球竞赛的重要意义。

关键词： 自然正交补   真空机器人   动力学  

摘要： 基于自然正交补方法,推导出了一种真空并联机器人简洁的动力学模型.首先得到真空并联机器人的等效串联模型,并获取其运动学正反解.然后用利用自然正交补的理论给出真空机器人的动力学模型.通过仿真实验,可以验证该方法的可行性和有效性.

关键词： 机器人学   智能科学与技术   课程建设与改革   教学内容  

摘要： 针对机器人学课程教学实际,提出"理论与实践相结合"的"机器人学"教学内容改革与实践观点,结合地方高校本科人才培养工作的实际,阐述采用PPT、视频录像和Matlab仿真相结合的方法讲授机器人学内容,通过课内外实践相结合的方法提高学生的动手能力和学习兴趣。